Để bổ sung và hỗ trợ cho các dự án trùng tu phục chế công trình di tích tuân thủ theo các quy định và nguyên tắc trong công tác bảo tồn, toàn bộ quá trình triển khai xây dựng cần được đo đạc và ghi nhận lại tại bất kỳ thời điểm nào để kiểm soát và đảm bảo chắc chắn chất lượng công tác phục chế sửa chữa. Các phương pháp ghi nhận số liệu theo truyền thống hầu hết đều phụ thuộc vào việc chụp và ghi nhận những bức ảnh số 2 chiều, kết hợp với tài liệu mô tả và các bảng tính, nhằm thể hiện những gì đạt được trong quá trình thi công phục vụ cho mục đích giám sát. Tuy nhiên những phương pháp này không thể đáp ứng hoàn toàn và không có khả năng mô tả một cách chính xác mối quan hệ không gian 3 chiều của di sản trong thực tiễn. Theo đó, việc ghi nhận những thông tin liên quan tới quá trình trùng tu phục chế di sản rất quan trọng, nhưng hiện tại chúng ta chưa thực hiện sát sao việc theo dõi liên tục bởi những hạn chế về mặt kỹ thuật và công nghệ.

Dựa vào thực tế trên, nhóm kỹ thuật của Công ty TNHH ANTHI Việt Nam đang tiến hành nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật quét laser 3D, thu thập số liệu đám mây điểm (Pointcloud) 3D liên quan tới từng bước triển khai trong quá trình phục chế trùng tu công trình di sản. Đồng thời trong quá trình xử lý cũng sẽ chia nhỏ từng phần chi tiết từ mô hình đám mây điểm 3D bằng cách áp dụng khái niệm HBIM – Mô hình thông tin công trình phục dựng di tích lịch sử (Historic Building Information Modeling), ngoài ra nhóm kỹ thuật còn nghiên cứu để công bố mô hình 3D của các hợp phần cấu thành di sản đi kèm với số liệu thuộc tính liên quan trong cơ sở dữ liệu nền tảng GIS3D.

Trong quá trình phục chế xây dựng, tại mỗi thời điểm hoàn thành hạng mục theo tiến độ của dự án, nhóm kỹ thuật sẽ triển khai quét laser 3D di tích để ghi nhận số liệu của từng giai đoạn hoàn công, đồng thời sẽ áp mô hình 3D để so sánh cả thông tin không gian và thông tin thuộc tích, phân tích đánh giá, đưa ra những kết luận liên quan tới tình hình xây dựng khi hoàn thành từng giai đoạn của dự án, điều này giúp nâng cao chất lượng trùng tu sửa chữa các công trình di tích. Thực tiễn ở các Quốc gia khác, việc áp dụng công nghệ quét laser 3 chiều và HBIM cho thấy hiệu quả rất rõ rệt, nâng cao chất lượng công tác trùng tu sửa chữa, cập nhật thông tin và điều chỉnh kịp thời những hạng mục bất thường, đặc biệt đối với các di sản thế giới đã được UNESCO công nhận. Phối hợp với cơ sở dữ liệu GIS3D sẽ hình thành nên một công cụ quản lý cực kỳ hữu hiệu phục vụ công tác theo dõi, quản lý và duy tu công trình trong tương lai.

1. GIỚI THIỆU

Thông thường, đối với các dự án trùng tu sửa chữa công trình di tích được bắt đầu và kết thúc thông qua các bộ hồ sơ xây dựng bao gồm những thông tin cơ bản như quy trình kỹ thuật triển khai, nguyên vật liệu sử dụng cho trùng tu sửa chữa và phương thức triển khai trên thực tiễn. Những tài liệu quan trọng này được lập ra để đảm bảo chắc chắn rằng chất lượng thi công trong thực tiễn sẽ đáp ứng những yêu cầu trong thiết kế và kết quả là di tích được phục dựng lại gần với nguyên mẫu nhất, đảm bảo chất lượng mọi mặt và không bị biến dạng. Trong thực tiễn triển khai, những tài liệu này lại không giúp được nhiều trong việc đảm bảo chất lượng công tác xây dựng bởi thông tin và mô hình 3 chiều của công trình trước, trong và sau khi kết thúc quá trình trùng tu xây dựng không có để thực hiện các phép phân tích so sánh. Xuất phát từ vấn đề này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu một cách nghiêm túc khả năng ứng dụng công nghệ quét laser 3 chiều mặt đất (Terrestrial 3D Laser Scanning Technology) và kỹ thuật BIM (Building Information Modeling) trong lĩnh vực bảo tồn và trùng tu di tích.

Công nghệ quét laser 3 chiều mặt đất có thể sử dụng để thu nhận hàng triệu điểm có toạ độ không gian 3 chiều với độ chính xác rất cao (tới mm) toàn bộ bề mặt tạo thành bởi nhiều chủng loại vật liệu khác nhau trên cùng một công trình, ngoài ra máy quét laser còn có khả năng chụp ảnh toàn cảnh độ phân giải cao phủ trùm lên các điểm để làm nổi bật hiện trạng của công trình tại thời điểm quét. Trong thực tiễn, chúng tôi sử dụng máy quét laser 3 chiều FARO FOCUS3D có tốc độ quét lên tới gần 1 triệu điểm mỗi giây, tích hợp máy chụp ảnh toàn cảnh, thời gian dành cho mỗi trạm quét đủ 360⁰ theo chiều ngang và 320 độ theo chiều đứng chỉ mất 6 phút. Đây thực sự là một công cụ rất mạnh và quan trọng phục vụ cho công tác khảo sát hiện trạng, dựng mô hình 3 chiều của công trình cũng như xác nhận hiện trạng của công trình sau từng bước, từng giai đoạn của quá trình xây dựng, trùng tu tôn tạo.

Mô hình 3D di tích Hiển Lâm Các dựng trên máy tính dựa hoàn toàn vào đám mây điểm thu được từ máy quét laser FARO FOCUS3

Tại Việt Nam khái niệm mô hình thông tin công trình xây dựng BIM (Building Information Modeling) còn khá mới mẻ. Một cách hiểu đơn giản nhất về BIM đó chính là việc mô hình hoá tất cả các hợp phần của một công trình xây dựng dưới dạng mô hình 3 chiều kỹ thuật số, đi kèm với mô hình 3 chiều là toàn bộ những số liệu thuộc tính có liên quan được gắn kèm trực tiếp với từng hợp phần nhỏ cấu thành lên toàn bộ công trình lớn. Theo đó người sử dụng có thể thực hiện các phân tích tổng hợp xuyên suốt giữa số liệu không gian và thông tin thuộc tính để hình dung được toàn cảnh công trình. Việc hình thành được mô hình BIM của một công trình xây dựng sẽ cải thiện một cách đáng kể chức năng của các bộ hồ sơ xây dựng liên quan mà đã được sử dụng trong phương pháp truyền thống để giám sát chất lượng trong quá trình thi công. Ngoài ra, việc chuyển đổi những hồ sơ xây dựng truyền thống sang dạng mô hình số 3 chiều còn mang lại những lợi ích to lớn hơn trong việc lưu trữ số liệu, quản lý thông tin, tạo các sản phẩm dẫn xuất đa mục đích và các ứng dụng quản lý vận hành duy tu công trình trong tương lai.Hiểu một cách đơn giản BIM chính là cơ sở dữ liệu 3 chiều tổng hợp được xây dựng trên các bản vẽ kiến trúc 2 chiều của bất kỳ công trình xây dựng nào. Thông qua phép phân tích va chạm thực hiện trên mô hình BIM 3 chiều tổng hợp từ các bản vẽ 2 chiều rời rạc, chúng ta có thể phát hiện ra tất cả những bất thường, những điểm va chạm sẽ xảy ra trong thực tiễn thi công khi các bản vẽ rời rạc được thực hiện bởi nhiều nhà thầu khác nhau, từ đó xác định phương án khắc phục và tính toán số liệu dự trù phát sinh trước khi triển khai xây dựng trong thực tiễn.

Đối với các công trình di tích lịch sử, việc trùng tu xây dựng không hề đơn giản như xây dựng các công trình dân dụng, khác biệt lớn nhất trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu 3 chiều bằng cách áp dụng kỹ thuật BIM đó chính là việc toàn bộ công trình trùng tu phải được số hoá trước tiên và BIM lúc đó sẽ là một quy trình đảo ngược (Existing BIM hoặc Reverse BIM). Việc hình thành cơ sở dữ liệu 3 chiều về công trình di tích theo cách này được gọi chung bằng thuật ngữ HBIM (Historical Building Information Modeling). Với mục đích ban đầu là ứng dụng kỹ thuật BIM để cải thiện mô hình quản lý, sử dụng hồ sơ xây dựng truyền thống nhằm đảm bảo chất lượng quá trình xây dựng, trùng tu tôn tạo các công trình di tích, máy quét laser 3 chiều được sử dụng trước hết để thu thập số liệu 3 chiều công trình, xây dựng mô hình đám mây điểm (Pointcloud) hiện trạng di tích. Thông tin thuộc tính mô tả về tất cả các hợp phần cấu thành công trình được tích hợp thông qua quá trình điều tra, thu thập, nghiên cứu và phân tích theo phương pháp truyền thống (Theo tài liệu của Murphy và đồng nghiệp công bố năm 2011). Có rất nhiều phương thức để xây dựng các mô hình 3 chiều BIM và HBIM, chúng ta có thể sử dụng các phần mềm thiết kế phổ biến như Tekla, Revit hay Bentley hoặc có thể sử dụng trực tiếp các phần mềm nền tảng 3DGIS như ESRI ArcScene như một hệ quản trị cơ sở dữ liệu để thành lập cũng như quản lý các mô hình và các bản vẽ 2 chiều tương ứng, thông tin thuộc tính mô tả, hình ảnh, đoạn phim ngắn và số liệu văn bản mô tả, giống như GIS trên các mô hình BIM và HBIM thông tin cũng được chia và quản lý dưới dạng các lớp thông tin 3 chiều (3D Layers) bằng cách sử dụng khái niệm “Lớp dưới” (Sub-Layer). Mục đích cơ bản của khái niệm “Lớp dưới” là giám sát liên tục toàn bộ những thời điểm quan trọng trong quá trình xây dựng, trùng tu tôn tạo một di tích lịch sử.

(Còn tiếp)

Vui lòng chia sẻ với chúng tôi qua địa chỉ thư điện tử: info@anthi.com.vn